DE2917911A1 - Solar energy concentrator and collector - has reflecting facets in V or similar formation to focus on energy converter - Google Patents
Solar energy concentrator and collector - has reflecting facets in V or similar formation to focus on energy converterInfo
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Abstract
Description
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Umwandlung der Sonnenenergie in andere Energieformen und bezieht sich insbesondere auf Sonnenenergieanlagen zur Versorgung von in schwer zugänglichen Regionen liegenden bodengebundenen Objekten mit Elektroenergie.The invention relates to devices for converting solar energy into other forms of energy and relates in particular to solar energy systems for Supply of ground-based objects located in regions that are difficult to access with electrical energy.
Es ist eine Sonnenenergieanlage bekannt, die einen in Form eines aus Facetten zusammengesetzten Spiegelreflektors ausgeführten Sonnenenergiekonzentrator und einen Sonnenenergieempfänger enthält, der in Form einer im Brennpunkt des Konzentrators liegenden, wärmeaufnehmenden Fläche ausgeführt ist, die dem durch den Konzentrator reflektierten Strablungsfluß zugewandt ist. Die bekannte Anlage ist nicht zuverlässig und hat eine geringe Lebensdauer, weil die Konstruktionselemente äußerlichen Einflüssen ausgesetzt sind.It is a solar energy system known that one in the form of a Faceted composite mirror reflector executed solar energy concentrator and a solar energy receiver, which is in the form of a in the focus of the concentrator lying, heat-absorbing surface is carried out by the concentrator is facing reflected radiation flow. The known system is not reliable and has a short service life because the structural elements are subject to external influences are exposed.
Es ist außerdem eine Sonnenenergieanlage bekannt, die einen aus Facetten zusammengesetzten parabolzylindrischen Spiegelkonzentrator für Sonnenenergie und einen Umwandler von Sonnenenergie in elektrische Energie enthält, dessen Sonnenzellen in der Brennpunktebene des Konzentrators liegen. Die Sonnenzellen sind auf Luftkühlkörper aufgeklebt und weisen einen Schutzbelag aus einem mit einem optischen Klebstoff an deren wirksame Fläche angeklebten Glas (SU-PS 362 977) auf.In addition, a solar energy system is known which has one of facets composite parabolic cylindrical mirror concentrator for solar energy and contains a converter of solar energy into electrical energy, its solar cells lie in the focal plane of the concentrator. The solar cells are on air heat sinks glued on and have a protective covering made of a with an optical adhesive glass (SU-PS 362 977) glued to their effective surface.
Diese Anlage erfordert große Betriebskosten für eine periodische Entstaubung und Reinigung der Spiegelflächen des Konzentrators und der Sonnenzellen.This system requires high operating costs for periodic dedusting and cleaning the mirror surfaces of the concentrator and the solar cells.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Sonnenenergieanlage zu vervollkommnen, indem sie mit solch einem Schutzmittel für die Spiegel des Konzentrators und der Sonnenzellen gegen äußere Einflüsse versehen wird, das einen sicheren Schutz bietet und keine Betriebskosten erfordert, was von besonderer Tragweite bei Ausnutzung der Sonnenanlagen in schwer zugänglichen Regionen ist.The invention is based on the problem of the known solar energy system perfect by working with such a Protective means for the The mirror of the concentrator and the solar cells is provided against external influences, that offers secure protection and does not require any operating costs, which is special The consequences of using the solar systems in regions that are difficult to access.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einer Sonnenenergieanlage, die einen in Form eines aus Facetten zusammengesetzten Spiegelreflektors ausgeführten Sonnenenergiekonzentrator und einen Sonnenenergieempfänger enthält, dessen gegen die Sonnenstrahlung empfindliche Fläche im Gang eines durch den Konzentrator reflektierten Strahlungsflusses liegt, gemäß der Erfindung jede Facette des Konzentrators in eine für eine Strahlung durchsichtige konvexe dichte Hülle eingeschlossen ist, die mit einem Reduktionsmittel gefüllt ist.The problem posed is achieved in that in a solar energy system, one designed in the form of a mirror reflector composed of facets Contains solar energy concentrator and a solar energy receiver, which against the solar radiation sensitive area in the corridor of a reflected by the concentrator Radiation flux is, according to the invention, each facet of the concentrator in one for a radiation transparent convex dense shell is included, which with is filled with a reducing agent.
Zweckmäßig werden die Hüllen in Form von Zylindern mit einem Krümmungsradius von 20 bis 200 mm ausgeführt.The casings are expediently in the form of cylinders with a radius of curvature from 20 to 200 mm.
Man kann auch jede Hülle aus zwei identischen Kugelsegmenten zusammengesetzt ausführen.Each shell can also be composed of two identical spherical segments carry out.
Die erfindungsgemäß ausgeführte Sonnenenergieanlage weist eine große Lebensdauer infolge eines zuverlässigen Schutzes ihrer Hauptelemente gegen äußere Einflüsse auf, ist betriebssicher und erfordert keine großen Betriebskosten.The solar energy system implemented according to the invention has a large Service life as a result of reliable protection of their main elements from the outside Influences, is operationally reliable and does not require high operating costs.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsformen und beiliegender Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt: Fig. 1 eine Sonnenenergieanlage mit einem Konzentrator in Form eines Wheatstone-Kollektors; Fig. 2 eine Sonnenenergieanlage mit einem aus zwei flachen Facetten zusammengesetzten Konzentrator; Fig. 3 eine Sonnenenergieanlage mit aus Kugelsegmenten bestehenden Hüllen; Fig. 4 eine Sonnenenergieanlage mit einem Konzentrator in Form eines flachen Reflektors; Fig. 5 eine Sonnenenergieanlage mit einem Konzentrator in Form eines Fresnel-Spiegels; Fig. 6 eine Sonnenenergieanlage mit einem Konzentrator in Form eines Fresnel-Spiegels mit einer Nullkoma.The invention will be explained below with reference to the description of embodiments and the accompanying drawings are explained in more detail. It shows: FIG. 1 a solar energy installation with a concentrator in the form of a Wheatstone collector; Fig. 2 shows a solar energy system with one composed of two flat facets Concentrator; 3 shows a solar energy system with spherical segments Cases; 4 shows a solar energy system with a concentrator in the form of a flat one Reflector; 5 shows a solar energy installation with a concentrator in the form of a Fresnel mirror; 6 shows a solar energy installation with a concentrator in the form of a Fresnel mirror with a zero coma.
Die in Fig. 1 dargestellte Sonnenenergieanlage enthält einen in Form eines aus Facetten 2 zusammengesetzten und die Form eines Wheatstone-Kollektors aufweisenden Spiegelreflektors ausgeführten Sonnenenergiekonzentrator 1. Im Brennpunkt des Konzentrators 1 liegt ein Sonnenenergieempfänger - Fotoumformer 3, dessen gegen die Sonnenstrahlung 4 empfindliche Fläche 5 einem durch den Konzentrator 1 reflektierten Strahlungsfluß zugewandt ist. Jede Facette 2 des Konzentrators 1 sowie der Fotoumformer 3 sind in eine durchsichtige dichte Glashülle 6 zylindrischer-Form eingeschlossen. Auf die Stirnseite der Hülle 6 des Fotoumformers 3 ist ein Metallsockel 7 aufgesetzt, durch den Stromableitungen 8 des Fotoumformers 3, ohne die Hülle 6 undicht werden zu lassen, herausgeführt sind. Die Stromableitungen 8 sind an die Anschlüsse eines Stromverbrauchers 9 gelegt. Die Hüllen 6 weisen einen Krümmungsradius 20 bis 200 mm und sind mit einem Reduktionsmittel - Wasserstoff - gefüllt.The solar power system shown in Fig. 1 contains a in the form one composed of facets 2 and the shape of a Wheatstone collector Having mirror reflector running solar energy concentrator 1. In the focal point the concentrator 1 is a solar energy receiver - photo converter 3, which is against the solar radiation 4 sensitive surface 5 reflected by the concentrator 1 Is facing radiation flux. Each facet 2 of the concentrator 1 as well as the photo converter 3 are enclosed in a transparent, tight glass envelope 6 of cylindrical shape. A metal base 7 is placed on the end face of the shell 6 of the photo converter 3, through the current leads 8 of the photo converter 3, without the shell 6 leaking to let are brought out. The current leads 8 are connected to the connections of a Power consumer 9 placed. The sleeves 6 have a radius of curvature 20 to 200 mm and are filled with a reducing agent - hydrogen.
In einer in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Sonnenen#ergieanlage sind mehrere Fotoumformer 3 enthalten, deren jeder zwischen zwei unter einem gewissen Winkel zur Fläche 5 des Fotoumformers geneigten und einen Facettenkonzentrator bildenden flachen Spiegelfacetten 2 liegt. Hierbei sind je zwei zueinander geneigte Facetten 2 der benachbarten Fotoumformer 3 in eine dichte Hülle 6 eingeschlossen. Jeder Fotoumformer 3 ist gleichfalls in die dichte zylindrische Hülle 6 eingeschlossen.In an embodiment of the solar energy system shown in FIG. 2 several photo converters 3 are included, each of which between two under a certain amount Angle inclined to the surface 5 of the photo converter and forming a facet concentrator flat mirror facets 2 lies. There are two facets that are inclined to each other 2 of the neighboring photo converters 3 are enclosed in a tight cover 6. Any photo converter 3 is also enclosed in the tight cylindrical shell 6.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Sonnenenergieanlage, deren Konzentrator 10 in Form eines aus flachen Facetten 2 zusammengesetzten Parabol-Spiegelreflektors ausgeführt ist.Fig. 3 shows an embodiment of the solar power plant, its concentrator 10 in the form of a parabolic mirror reflector composed of flat facets 2 is executed.
Jede Facette 2 ist in eine durchsichtige dichte Hülle II eingeschlossen, die sich aus zwei identischen Kugelsegmenten zusammensetzt und mit einem Wasserstoff-Argon-Gemisch gefüllt ist. Der Durchmesser des Kugelsegmentes wird gleich 0,2 bis 0,4 m gewählt. Im Brennpunkt des Konzentrators 10 liegt ein Sonnenenergieempfänger, eine wärmeaufnehmende Fläche 12, die sich in einem mit einem Wärmeträger 14 gefüllten und Kanäle 15 zur Sicherung eines Umlaufes des Wärmeträgers 14 in einer (nicht gezeigten) Verbraucherleitung aufweisenden transparenten dichten Gefäß 13 befindet.Each facet 2 is enclosed in a transparent, sealed envelope II, which is composed of two identical spherical segments and with a hydrogen-argon mixture is filled. The diameter of the spherical segment is chosen to be 0.2 to 0.4 m. At the focal point of the concentrator 10 is a solar energy receiver, a heat-absorbing one Surface 12, which is filled with a heat transfer medium 14 and channels 15 to Securing a circulation of the heat transfer medium 14 in a consumer line (not shown) having transparent tight vessel 13 is located.
In einer in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform der Sonnenenergieanlage ist der Konzentrator 16 in Form eines flachen Spiegelreflektors ausgeführt, der aus flachen Facetten 2 zusammengesetzt ist, deren jede in eine dichte Hülle 6 eingesetzt ist. Die je zwei gegen die Sonnenstrahlung empfindliche Flächen 5 und 9' aufweisenden Fotoumformer 3 sind auch in dichte zylindrische Hüllen 6 eingeschlossen. Die Fotoumformer 3 sind über der Fläche des Konzentrators 16 in bezug auf die Sonnenstrahlung 4 senkrecht zu den Facetten 2 angeordnet und voneinander ungefähr um einen Durchmesser der Hülle 6 zum AUftreffen der Strahlung 4 auf die Spiegelflächen der Facetten 2 entfernt.In an embodiment of the solar energy system shown in FIG. 4 the concentrator 16 is designed in the form of a flat mirror reflector, the is composed of flat facets 2, each of which is inserted into a tight envelope 6 is. Each of the two surfaces 5 and 9 'which are sensitive to solar radiation Photo transducers 3 are also enclosed in tight cylindrical envelopes 6. The photo converters 3 are perpendicular to the surface of the concentrator 16 with respect to the solar radiation 4 arranged to the facets 2 and from each other approximately by a diameter of covering 6 removed for the impingement of the radiation 4 on the mirror surfaces of the facets 2.
In Fig. 5 ist eine Ausführungsform der Sonnenenergieanlage schematisch dargestellt, deren Konzentrator 17 in Form eines aus einzelnen flachen Facetten 2 zusammengesetzten Fresnel-Spiegels ausgeführt ist. Jede Facette 2 und der die durch den Konzentrator 17 reflektierte Strahlung aufnehmende Fotoumformer 3 sind in durchsichtige dichte Hüllen 6 eingeschlossen. Der Fotoumformer 3 befindet sich im Brennpunkt des Konzentrators 17.An embodiment of the solar energy installation is shown schematically in FIG. 5 shown, the concentrator 17 in the form of a single flat facet 2 composite Fresnel mirror is executed. Each facet 2 and the die by the concentrator 17 are reflected radiation receiving photo transducers 3 enclosed in transparent, sealed envelopes 6. The photo converter 3 is located at the focus of the concentrator 17.
In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform der Sonnenenergieanlage schematisch dargestellt, deren Konzentrator 18 in Form eines aus flachen Facetten 2 zusammengesetzten Fresnel-Spiegels mit einer Nullkoma ausgeführt ist. Jede Facette 2 und der im Brennpunkt des Konzentrators 18 liegende Fotoumformer 3 sind in ihre durchsichtige dichte Hülle 6 eingeschlossen.In Fig. 6 is a further embodiment of the solar energy system shown schematically, the concentrator 18 in the form of a flat facets 2 composite Fresnel mirror is designed with a zero coma. Every facet 2 and the photo converter 3 located in the focal point of the concentrator 18 are in their transparent sealed envelope 6 included.
Die Sonnenenergieanlage arbeitet wie folgt: Die Sonnenstrahlung 4 (Fig. 1, 2) wird-von den Spiegelfacetten 2 reflektiert und fällt auf die Fläche 5 des Fotoumformers 3. Die durch die Fläche 5 aufgenommene Sonnenenergie wird in einen elektrischen Strom umgewandelt und über die Stromableitungen 8 dem Verbraucher 9 zugeführt.The solar energy system works as follows: The solar radiation 4 (Fig. 1, 2) is reflected by the mirror facets 2 and falls on the surface 5 of the photo converter 3. The solar energy absorbed by the surface 5 is shown in converted into an electrical current and passed on to the consumer via the power lines 8 9 supplied.
In der Anlage nach Fig. 2-wird eine höhere Strahlungsdichte auf der empfindlichen Fläche 5 sowohl durch eine Reflexion von der Fläche der flachen Facetten 2 als auch durch eine Reflexion von der Fläche der zylindrischen Glashüllen 6 erreicht.In the system according to FIG. 2, there is a higher radiation density on the sensitive surface 5 both by a reflection from the surface of the flat facets 2 as well as by a reflection from the surface of the cylindrical glass envelopes 6.
Bei der Ausführungsform der Sonnenenergieanlage nach Fig. 3 wird die Sonnenstrahlung 4 von den Spiegelflächen der Facetten 2 reflektiert und auf die wärmeaufnehmende Fläche 12 konzentriert, wodurch diese erhitzt wird. Die erhitzte wärmeaufnehmende Fläche 12 gibt ihre Wärme an den Wärmeträger ab, der sie über eine Leitung an einen Verbraucher überträgt.In the embodiment of the solar energy system according to FIG. 3, the Solar radiation 4 reflected from the mirror surfaces of the facets 2 and onto the Concentrated heat-absorbing surface 12, whereby this is heated. The heated one heat-absorbing surface 12 gives its heat to the heat transfer medium, which it has a Transferring line to a consumer.
Bei Ausnutzung einer Äusführungsform der Sonnenenergieanlage gemäß Fig. 4 fällt die Sonnenstrahlung 4 auf die der Sonne zugewandte Fläche 5 des Fotoumformers 3. Darüber hinaus geht die Sonnenstrahlung 4 durch die Zwischenräume der Fotoumformer 3 durch, wird von den Spiegelfacetten 2 rückgestrahlt und fällt auf die dem Konzentrator 16 zugewandten Flächen 5 der Fotoumformer ein. Die durch die Flächen 5 und 5' der Fotoumformer 3 aufgenommene Sonnenenergie wird in einen elektrischen Strom umgewandelt und an einen (in Fig. 4 nicht gezeigten) Verbraucher übertragen.When using an embodiment of the solar energy system according to 4, the solar radiation 4 falls on the surface 5 of the photo converter facing the sun 3. In addition, the solar radiation 4 passes through the spaces between the photo converters 3 through, is reflected back from the mirror facets 2 and falls on the concentrator 16 facing surfaces 5 of the photo converter. The through the surfaces 5 and 5 'of the Photo converter 3 absorbed solar energy is converted into an electrical current and transmitted to a consumer (not shown in FIG. 4).
Die in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsformen der Sonnenenergieanlagen arbeiten analog der Anlage nach Fig. 1.The embodiments of the solar energy systems shown in FIGS. 5 and 6 work analogously to the system according to FIG. 1.
Es muß jedoch beachtet werden, daß in den Anlagen nach Fig. 5, 6 eine gleichmäßigere Beleuchtung der empfindlichen Fläche 5 des Fotoumformers 3 gesichert wird. Die Anlage nach Fig. 6 weist in diesem Sinne einen Vorteil vor der Anlage nach Fig. 5 auf.However, it must be noted that in the systems of Fig. 5, 6 a More uniform illumination of the sensitive surface 5 of the photo converter 3 is ensured will. In this sense, the system according to FIG. 6 has an advantage over the system according to FIG. 5.
Die Zylinder- und die Kugelfläche der Glashüllen 6, 11 tragen dank einem kleinen Ibummungsradius 20 bis 200 mm zur Entstaubung und Reinigung der Fläche vom Schmutz bei und gewährleisten die Erhaltung der elektrischen Parameter der Sonnenenergiean lage bei Betrieb. Hierbei entfällt die Wartung, was die Betriebskosten erheblich absenkt und von besonderer Bedeutung bei einer Energieversorgung von autonomen Verbrauchern in schwer zugänglichen Regionen ist.The cylinder and the spherical surface of the glass envelopes 6, 11 wear thanks a small wrapping radius of 20 to 200 mm for dust removal and cleaning of the surface from dirt and ensure the conservation of the electrical parameters of solar energy situation during operation. Maintenance is not required, which significantly reduces operating costs and of particular importance in the case of an energy supply for autonomous consumers is in hard-to-reach regions.
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| D2 | Grant after examination | ||
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